新教材2023_2024学年高中物理第1章动量与动量守恒定律专题提升3动量与能量的综合应用课件教科版选择性必修第一册

这是一份新教材2023_2024学年高中物理第1章动量与动量守恒定律专题提升3动量与能量的综合应用课件教科版选择性必修第一册，共38页。
专题提升3　动量与能量的综合应用学 习 目 标1.学会用动量的方法分析综合问题。(科学思维)2.掌握动量守恒定律在滑块—滑板模型中的应用。(科学思维)3.掌握动量守恒定律在子弹打木块模型中的应用。(科学思维)4.会分析涉及弹簧模型的动量、能量问题。(科学思维)重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标重难探究·能力素养全提升探究点一　“滑块—滑板”模型知识归纳“滑块—滑板”模型主要考查直线运动、牛顿运动定律和动量守恒定律相关知识,对综合应用能力要求很高。“滑块—滑板”模型的解题思路(1)这类问题通常都是把滑块、木板看作一个整体,摩擦力为内力,在光滑水平面上不受摩擦力,滑块和木板组成的系统动量守恒。(2)由于滑块和木板之间的摩擦生热,一部分机械能转化为内能,系统机械能不守恒,一般由能量守恒求解。(3)题目中如果说明滑块不滑离木板,则一般最后二者以共同速度运动。应用体验【例1】 如图所示,质量为M的平板车P静止在光滑水平地面上,一质量为m的小物块Q置于平板车的左端。一不可伸长的轻质细绳长为R,一端悬于Q正上方高为R处,另一端系一质量也为m的小球,小球与小物块Q大小均可忽略不计。将小球拉至悬线与竖直位置成60°角,并由静止释放,小球到达最低点时与小物块Q发生碰撞,碰撞时间极短且无能量损失。已知小物块Q离开平板车时小物块Q的速度大小是平板车速度大小的2倍,小物块Q与平板车之间的动摩擦因数为μ,M=4m,重力加速度为g。求:(1)小球与小物块Q结束相互作用瞬间,小物块Q的速度vQ;(2)小物块Q在平板车上运动的时间t;(3)平板车的长度L。(2)碰后,小球静止下来,小物块Q在平板车上滑行的过程中小物块Q与平板车组成的系统动量守恒,则有mvQ=Mv+m·2v,又M=4m对点演练1如图所示,在光滑水平面上有两个等高木块A、B,木块B左端放置小物块C并保持静止,已知mA=0.3 kg,mB=0.2 kg,mC=0.1 kg,木块A以初速度v=2 m/s沿水平方向向右滑动,木块A与B相碰后具有共同速度(但不粘连),C与A、B间动摩擦因数均为μ=0.3,木块A足够长,g取10 m/s2。(1)A与B碰后瞬间,求A的速度大小。(2)求C的最终速度大小和方向。(3)若C在A上会划出痕迹,以C刚滑上A开始计时,请写出划痕的长度L随时间t的关系式。答案 (1)1.2 m/s(2)0.9 m/s,方向水平向右解析 (1)A、B碰后瞬间C的速度为0,A、B木块的速度相等,取水平向右为正方向,由动量守恒定律得mAv=(mA+mB)v解得v=1.2 m/s。(2)C滑上A后,摩擦力使C加速,使A减速,直至A、C具有共同速度,以A、C整体为系统,由动量守恒定律得mAv=(mA+mC)v1解得v1=0.9 m/s方向水平向右。(3)设C在A上滑动,当经过时间t1后,A、C达到共同速度,对C,由动量定理有μmCgt1=mCv1解得t1=0.3 s当t≤t1=0.3 s时,对C,由动量定理有μmCgt=mCvCC在A上的划痕长L1=sA-sC解得sC=1.5t2,sA=1.2t-0.5t2则有L1=1.2t-2t2当t>t1=0.3 s时,C相对A保持静止,划痕长度不变,设C在A上的划痕长为L2,探究点二　“子弹打木块”模型知识归纳1.模型图示2.模型特点(1)子弹水平打进木块的过程中,系统的动量守恒。(2)系统的机械能有损失。3.两种情境(1)子弹嵌入木块中,两者速度相等,机械能损失最多(完全非弹性碰撞)。动量守恒:mv0=(m+M)v应用体验【例2】 如图所示,在光滑的水平桌面上静止放置一个质量为980 g的长方形匀质木块,现有一颗质量为20 g的子弹以大小为300 m/s的水平速度沿木块的中心轴线射向木块,最终留在木块中没有射出,和木块一起以共同的速度运动。已知木块沿子弹运动方向的长度为10 cm,子弹打进木块的深度为6 cm,木块对子弹的阻力保持不变。(1)求子弹和木块的共同速度以及它们在此过程中所产生的内能。(2)若子弹是以大小为400 m/s的水平速度从同一方向水平射向该木块,则在射中木块后能否射穿该木块?答案 (1)6 m/s　882 J　(2)能解析 (1)设子弹射入木块后与木块的共同速度为v,以子弹运动的方向为正方向,对子弹和木块组成的系统,由动量守恒定律得mv0=(M+m)v解得v=6 m/s(2)假设子弹以v0'=400 m/s的速度射入木块时没有射穿木块,对子弹和木块组成的系统,由动量守恒定律得mv0'=(M+m)v'解得v'=8 m/s此过程系统所损耗的机械能为由功能关系有ΔE=F阻x相ΔE'=F阻x相'解得x相'≈0.11 m>0.1 m所以子弹能射穿木块。方法技巧　(1)子弹打木块的过程很短暂,认为该过程内力远大于外力,则系统动量守恒。(2)在子弹打木块过程中摩擦生热,系统机械能不守恒,机械能向内能转化。对点演练2利用冲击摆可以测量子弹的速度大小。如图所示,长度为l的细绳悬挂质量为M的沙箱(可视为质点),质量为m的子弹沿水平方向射入沙箱并留在沙箱中,测出沙箱偏离平衡位置的最大角度为θ。自子弹开始接触沙箱至二者共速的过程中,忽略沙箱的微小偏离;沙箱上摆的过程中未发生转动,沙子漏出忽略不计。重力加速度为g。(1)求子弹射入沙箱后的共同速度大小v。(2)求子弹射入沙箱前的速度大小v0。(3)若m≪M,子弹射入沙箱前的速度为v0',估算子弹射入沙箱过程中系统损失的机械能ΔE。(2)子弹射入沙箱的过程,以水平向右为正方向,根据动量守恒定律可得mv0=(m+M)v探究点三　弹簧类模型知识归纳1.模型图示水平地面光滑2.模型特点(1)动量守恒:两个物体与弹簧相互作用的过程中,若系统所受外力的矢量和为零,则系统动量守恒。(2)机械能守恒:系统所受的外力为零或除弹簧弹力以外的内力不做功,系统机械能守恒。(3)弹簧处于最长(最短)状态时两物体速度相等,弹簧弹性势能最大,系统动能最小(相当于完全非弹性碰撞,两物体减少的动能转化为弹簧的弹性势能)。(4)弹簧恢复原长时,弹性势能为零,系统动能最大(相当于刚完成弹性碰撞)。应用体验【例3】 如图所示,光滑水平直轨道上有三个质量均为m的物块A、B、C。B的左侧固定一轻弹簧(弹簧左侧的挡板质量不计)。设A以速度v0向B运动,压缩弹簧;当A、B速度相等时,B与C恰好相碰并粘在一起,然后继续运动。假设B和C碰撞过程时间极短。求从A开始压缩弹簧直至与弹簧分离的过程中:(1)整个系统损失的机械能;(2)弹簧被压缩到最短时的弹性势能。解析 (1)从A压缩弹簧到A与B具有相同速度v1时,以v0的方向为正方向,对A、B与弹簧组成的系统,由动量守恒定律得mv0=2mv1B与C发生完全非弹性碰撞,设碰撞后的瞬时速度为v2,损失的机械能为ΔE,对B、C组成的系统,由动量守恒定律和能量守恒定律得mv1=2mv2(2)由mv1=2mv2可知v2